Диссертация (1024729), страница 20
Текст из файла (страница 20)
Повышенные вибрации сокращают срок службы деталей иузлов насосных агрегатов, а к некоторым типам насосов предъявляютсяконкретные требования по виброакустическим характеристикам.В настоящей работе предлагается методика проектирования проточнойчасти насосов, позволяющая проводить оптимизацию по несколькимкритериям.
А именно по форме напорной характеристики, по кавитационнымкачествам и виброакустическим свойствам. Разработка данной методикиявляется особо актуальной задачей при проектировании малошумных насосов.Предлагаемая методика может быть дополнена другими критериямиоптимизации, например, нагрузки или КПД. Введение других критериев илиисключение выбранных не влияет на построение методики оптимизации.1934.8.1. Постановка задачи оптимизацииПрименение предлагаемой методики возможно распространить налопаточные машины различного назначения и типа.
Здесь применениеоптимизационного алгоритма приведено на примере многоступенчатогонасоса с направляющим аппаратом (Рисунок 4.77, 4.78).Рисунок 4.77. Конструкция исследуемого насоса194Рисунок 4.78. Проточная часть исследуемого насосаДанный насос выбран в качестве примера, т.к.
требования к немусущественно отличаются от требований к вышеописанным насосам. В данномслучае КПД не рассматривается в качестве критерия оптимизации.Основныеэлементыпроточнойчастиисследуемогонасосапредставлены на Рисунке 4.79. Она состоит из рабочего колеса инаправляющего аппарата. В данном примере предъявляются следующиетребования:1. К напорной характеристике насоса.
Она должна проходить через дветочки с подачами Q1 и Q2 и напором H1 и H2 соответственно.2.Ккавитационнымкачествам.Необходимоминимизироватькавитационные явления в проточной части. Зарождающаяся кавитационнаякаверна может никак себя не проявлять при оценке энергетическиххарактеристикнасоса,однакоприводиткрезкомуухудшениювиброакустических качеств насоса, поэтому требования к кавитационнымкачествам у малошумных насосов выше, чем у общепромышленных.3.
К снижению пульсаций давления в проточной части насоса налопаточных частотах, т.е. на частоте равной частоте вращения ротора,умноженной на количество лопастей рабочего колеса. Такие пульсациисущественно ухудшают виброакустические характеристики насоса.195Рисунок 4.79. Направляющий аппарат (слева) и рабочее колесо (справа)рассматриваемого насосаВ качестве метода оптимизации выбран ЛП-тау алгоритм.Выбор параметров оптимизации зависит от типа проточной части насосаи выбранных критериев. В предлагаемом примере применения методикивыбрано семь параметров оптимизации, они сведены в Таблицу 35 ипроиллюстрированы на Рисунке 4.80.Таблица 35.Параметры оптимизацииПараметр оптимизацииОбозначениеШирина на выходе колеса, ммb2Отклонение угла на входе на лопасть колеса от расчетного,∆β1градУгол на выходе из рабочего колеса, градβ2Угол охвата лопасти, градφУгол на входе на лопасть направляющего аппарата, градβaПлощадь проходного сечения на входе в направляющийAаппарат, мм2Зазор между рабочим колесом и направляющимнаправляющим аппаратом, ммzДобавлено примечание ([ST19]): Угол установкилопатки?196Из всех приведенных параметров не совсем обычной являетсяпараметризация угла на входе в рабочее колесо.
Параметризуется не сам угол,а отклонение от его расчетного значения. Угол на входе на лопасть рабочегоколеса рассчитывается из треугольников скоростей по общеизвестнымметодикам, однако расчет таким способом не является абсолютно точным. Наугол натекания оказывает влияние условия подвода жидкости к рабочемуколесу, поворот потока в меридиональном сечении рабочего колеса и пр.Поэтому в данном исследовании к расчетному углу на входе добавлялосьнебольшоеотклонение,значениекоторогогенерировалосьЛП-тауалгоритмом.Добавлено примечание ([ST20]): Неясно, в чем жесостоит оптимизация по углуабвРисунок 4.80. Параметры оптимизации: а – параметризация углов рабочегоколеса, б – параметризация угла направляющего аппарата, в –меридиональный разрез колеса и аппаратаМоделирование каждой расчетной модели проводилось методамивычислительной гидродинамики с использованием k-w SST моделитурбулентности. В качестве граничных условий задавались значения давленияна входной границе и скорости на выходной границе.4.8.2.
Расчет критериев оптимизацииКаждый критерий оптимизации должен быть рассчитан в видечислового значения, чтобы имелась возможность оценивать качество той илииной расчетной модели.197Отклонениеотформынапорнойхарактеристикиоцениваетсявычислением относительного отклонения напора в двух точках с подачами Q1и Q2 (Рисунок 4.81).Рисунок 4.81.
Отклонение от заданной формы рабочей характеристики||- относительное отклонение от заданного напора в первой|- относительное отклонение от заданного напора во второйрабочей точке;|рабочей точке;-кавкавкав_рассчитанныйотносительномаксимальногополученного значения коэффициент кавитации;кавотр.– интеграл от отрицательного давления по поверхностирабочего колеса;- рассчитанный относительно максимального полученногозначения коэффициент пульсаций;20∙- уровень пульсаций давления на лопаточных частотах(2*10-5 Па – опорный уровень давления);– амплитуда гармоники пульсаций давления с лопаточной частотой.Получена путем разложения в ряд Фурье измеренного на входе на лопасть198направляющего аппарата давления (Рисунок 4.82). В данном примерелопаточная частота равна 150 Гц.Рисунок 4.82. Распределение давления на входных кромках лопастейрабочего колесаНиже приведены рисунки, иллюстрирующие пульсации давления впроточной части насоса на различных режимах работы (Рисунок 4.83 - 4.86).Рисунок 4.83.
Координата расположения входной кромки лопастей НА иположение точек замера пульсаций давления199Рисунок 4.84. Пульсации давления в соответствующих точках проточнойчасти ступени с НА №35 при подаче 20 м3/ч (point 1 – выход из колеса, point2 – вблизи входной кромки НА, point 3 – выход НА)200Рисунок 4.85. Пульсации давления в соответствующих точках проточнойчасти ступени с НА №38 при подаче 20 м3/ч (point 1 – выход из колеса, point2 – вблизи входной кромки НА, point 3 – выход НА)Добавлено примечание ([ST21]): Странно, что сигналпульсаций давления имеет такой нестационарный характер201Рисунок 4.86. Пульсации давления в соответствующих точках проточнойчасти ступени с НА №38 при подаче 100 м3/ч (point 1 – выход из колеса, point2 – вблизи входной кромки НА, point 3 – выход НА)2024.8.3.
Результаты оптимизацииИллюстрации расчетов приведены ниже (Рисунок 4.87, 4.88).Рисунок 4.87. Скалярная сцена распределения давления в сечении второгомодуля при частоте вращения 2800 об/мин и подаче 20 м3/ч203Рисунок 4.88. Скалярная сцена распределения амплитуды скорости в сечениивторого модуля при частоте вращения 2800 об/мин и подаче 100 м3/чВ результате расчета 32 вариантов проточной части с параметрами,сгенерированнымиЛП-тауалгоритмом, получена таблица расчетныхзначений следующего вида (Таблица 36).204Таблица 36.Результаты расчета№ моделиK1H,%K2H, %Скав, %P, %04,460249308,62394,14377712,0509314,653182114,407522,0900514,82601211,89434302,84011,8751189,69852716,5458515,8265221,405256,366096…31Обработка полученных в результате оптимизации данных представляетсобой отдельную задачу, в некоторых случаях представляющую не меньшуютрудность, чем сама оптимизация.
Выбранные в данном конкретном примерекритерии оптимизации физически мало связаны друг с другом, а значит поискпроточной части, максимально удовлетворяющей всем требованиям сразу,вероятнее всего не может привести к результату.Обработку полученных результатов можно проводить несколькимиспособами:1.Из данных приведенной таблицы расчетчик может выбратьнаиболее подходящую в данном конкретном случае модель, исходя изинтуитивных соображений и требований технического задания.2.Возможно составление целевой функции, например, вида:кав кав,где LH, Lкав, LP – весовые коэффициенты, усиливающие илиослабляющие выбранные критерии по форме характеристики, кавитации ипульсациям соответственно.При назначении весовым коэффициентам различных значений можновыбрать из рассчитанных моделей наиболее подходящую.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
